容性耦合等離子體源與感性耦合等離子體源

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2023-09-04

工業(yè)生產(chǎn)中常用的等離子體主要由氣體放電產(chǎn)生，其中應(yīng)用較為廣泛的等離子體源有：單頻／雙頻容性耦合等離子體源、感性耦合等離子體源等。

容性耦合等離子體源

容性耦合等離子體源（Capacitively Coupled Plasma,CCP）是在集成電路刻蝕工藝中最早使用的等離子體源，其反應(yīng)裝置簡單，目前仍是半導(dǎo)體工業(yè)中主要的等離子體源。CCP源的反應(yīng)裝置如圖1-1所示，反應(yīng)裝置被放置在真空腔室中，在腔室里面主要由兩塊平行電極板組成，其中一塊電極板通過匹配網(wǎng)絡(luò)連接射頻電源，另外一塊電極板接地，兩個電極板之間構(gòu)成了一個平行板電容器。在容性耦合等離子體放電裝置中，電極板之間的距離一般是0.02~0.1m，氣壓在10~100mTorr之間，電源頻率通常是工業(yè)中常用到的13.56MHz。在CCP放電裝置中，等離子體加熱機(jī)制包括隨機(jī)加熱和歐姆加熱兩種方式。在射頻電源的作用下，腔體內(nèi)部存在著射頻電場，在電極板附近形成鞘層，鞘層中的正電荷數(shù)量要比負(fù)電荷多。電子運(yùn)動到鞘層時，獲得加速，即發(fā)生隨機(jī)加熱。此外，被加速的電子和中性粒子發(fā)生碰撞，即發(fā)生歐姆加熱。

圖1-1 單頻容性耦合等離子體源裝置

單頻CCP放電裝置要想增加等離子體密度，需要提高電源頻率，但是這也會造成離子能量過高，在轟擊基片時可能會造成損傷。為了實(shí)現(xiàn)獨(dú)立地控制等離子體密度和離子能量，在單頻電源裝置的基礎(chǔ)上提出了雙頻容性耦合等離子體放電裝置，其中低頻電源用來控制離子能量，而高頻電源用來控制等離子體密度。如圖1-2所示，雙頻電容耦合等離子體源裝置有兩種形式，一種是高頻電源和低頻電源在同一側(cè)電極板上，另一種是高頻電源和低頻電源各在一個電極板上，兩種方式在不同的半導(dǎo)體制造公司都有使用。兩個射頻源的頻率相差較大，目前在工業(yè)中使用的有27MHz和2MHz的組合、162MHz和13.56MHz的組合等。一個電源頻率較高，可以用來獨(dú)立地控制等離子體密度，另一個電源頻率較低，可以用來獨(dú)立地控制離子到達(dá)晶片的能量。

圖1-2 雙頻容性耦合等離子體源裝置

感性耦合等離子體源

感性耦合等離子體源在上世紀(jì)90年代開始被廣泛使用，如圖1-3所示，感性耦合等離子體源（Inductively Coupled Plasma,ICP）根據(jù)線圈放置位置的不同，可以分為兩種類型，一種是將線圈纏繞在反應(yīng)腔體的側(cè)面，另一種是將線圈放置在反應(yīng)腔體的上方。兩種類型的感性耦合等離子體源裝置均可實(shí)現(xiàn)對等離子體密度和能量的獨(dú)立控制，其中線圈中的射頻源用來控制等離子體密度，在基片上加的射頻偏壓可以獨(dú)立控制離子能量。ICP源裝置將射頻電源加到線圈當(dāng)中，在線圈中產(chǎn)生交變電流，從而在腔室內(nèi)產(chǎn)生交變的電磁場，電子在電磁場的作用下被加速，和周圍的氣體發(fā)生電離碰撞反應(yīng)，產(chǎn)生等離子體，同時環(huán)向的電場減少了帶電粒子對腔體側(cè)壁的撞擊。ICP源放電裝置的工作氣壓很低，一般在0.1Pa到1Pa，但是可以產(chǎn)生非常高密度的等離子體，可以達(dá)到10¹⁷~10¹⁸m^-3，被廣泛應(yīng)用于大型集成電路的刻蝕工藝中。